8.8 Standardikosmologia kylmällä pimeällä aineella ja kosmologisella vakiolla

Etusivu ／ Luku 8: Paradigmateoriat, joita Energiasäieteoria haastaa

Kolmiaskelmainen tavoite
Tämän osion tarkoitus on selittää, miksi kylmään pimeään aineeseen ja kosmologiseen vakioon perustuva standardikosmologia on pitkään toiminut vakioviitekehyksenä; missä se kohtaa ongelmia useissa havaintoluokissa ja fysiikan perusteluissa; sekä miten Energiasäieteoria (EFT) korvaa kolmikön ”pimeät hiukkaset + Λ + metrinen laajeneminen” yhteisellä kielellä, joka nojaa energiamereen ja tensorimaastoon, ja tarjoaa samalla poikkiprobeisesti testattavia vihjeitä.

I. Mitä nykyinen paradigma väittää

1. Keskeiset väitteet

• Lähtökohtana on vahva kosmologinen periaate ja yleisen suhteellisuusteorian taustageometria.
• Koostumus: kylmä pimeä aine ohjaa rakenteiden kasvua; tavallinen aine valaisee astrofysikaaliset kohteet; kosmologinen vakio tuottaa myöhäisen ajan kiihtymisen.
• Rödfuorautuman ja etäisyyden välinen suhde sekä kosmologinen evoluutio määräytyvät skaala­kertoimen kautta (metrinen laajeneminen).
• Vain muutama globaali parametri riittää sovittamaan yhteen kosmisen mikroaaltotaustan (CMB) akustiset huiput, Ia-tyypin supernovat, barioniset akustiset oskillaatiot (BAO), heikon gravitaatiolinssauksen ja suur­skaalaisen rakenteen.

2. Miksi malli on suosittu

• Vähän parametreja, mutta vahva kytkentä monien datasarjojen välillä.
• ”Insinöörimäisesti” vakaa: kypsät simulointiketjut ja analyysiprosessit.
• Helppo opettaa ja viestiä: selkeä tarinalinja ja pienet opetuksen sekä viestinnän kustannukset.

3. Miten se tulisi tulkita

• Kyse on ensimmäisen kertaluvun fenomenologisesta kehyksestä: sekä ”Λ” että oletetut kylmän pimeän aineen hiukkaset ovat mikroskooppisesti varmistamatta. Kun tarkkuus ja datan kattavuus kasvavat, poikkiprobeinen johdonmukaisuus nojaa usein palautemekanismeihin, systematiikkoihin tai lisävapausasteisiin.

II. Havaintoihin liittyvät vaikeudet ja kiistakohdat

1. Lähi–kauko-”jännitteet” ja etäisyys–kasvu-erkauma

• Eri etäisyystikkaat antavat järjestelmällisesti poikkeavia globaaleja kulmakertoimia.
• Etäisyysprobein tuottama taustanäkymä on usein lievässä jännitteessä kasvun amplitudiin/nopeuteen perustuvien johtopäätösten kanssa, jotka saadaan heikosta linssauksesta, joukkojen lukumääristä ja rödfuorautumatilan vääristymistä.

2. Pien­skaalakriisi ja ”liian varhain, liian massiivinen”

• Satelliittien määrä, ydin–halo-tiheysprofiilien muodot ja äärimmäisen kompaktit kääpiögalaksit vaativat tavallisesti voimakasta palautetta ja hienosäätöä.
• Varhaisessa maailmankaikkeudessa havaittujen massiivisten ja ”kypsien” galaksien yleisyys kiristää tehokkuusperusteisia selityksiä.

3. Suurkulma-anomaliat kosmisessa mikroaaltotaustassa ja ”linssausvoiman” määritelmä

• Pienten multipolien suuntautuminen, pallonpuoliskojen epäsymmetria ja ”kylmä läikkä” esiintyvät yhdessä.
• Kosmisen mikroaaltotaustan mieluisaksi todettu linssausvoima ei aina ole linjassa heikkoon linssaukseen tai kasvumittoihin perustuvien johtopäätösten kanssa.

4. Olemuksellisuus ja luonnollisuus

• Kosmologisen vakion mikroskooppista alkuperää on vaikea selittää luonnollisesti (tyhjiöenergian kuilu, yhteensattumaongelma).
• Kylmä pimeä aine on yhä vailla kiistatonta laboratoriotodistusta ja suoraa detektiota.

Lyhyt johtopäätös
Malli toimii erinomaisesti ensimmäisellä tasolla. Lisäksi, kun suunta- ja ympäristöriippuvuudet, kasvumittarit ja pien­skaaladynamiikka tarkastellaan yhdessä, johdonmukaisuuden ylläpito vaatii yhä useampia ”paikkauksia”.

III. Energiasäieteorian uudelleenmuotoilu ja lukijan havaitsemat muutokset

Yhden virkkeen tiivistelmä
Energiasäieteoria korvaa ”Λ + kylmän pimeän aineen hiukkaset + metrisen laajenemisen” yhdellä energiamereen ja tensorimaastoon perustuvalla peruskartalla:

• Rödfuorautuma syntyy vain kahdesta tensori-ilmiöstä: tensoripotentiaalin aiheuttamasta rödfuorautumasta (lähteen ja havaitsijan perustasojen ero) ja evolutiivisen reitin rödfuorautumasta (hajonnaton nettotaajuussiirtymä, joka kertyy edettäessä muuttuvassa tensorimaastossa).
• Lisävetovoima tulee Tilastollisesta tensorigravitaatiosta (STG), ei pimeiden hiukkasten telineestä.
• Myöhäisen ajan ”kiihtyvä olemus” johtuu tensoritaustan hitaasta evoluutiosta, joka näkyy kaksois­laskentana etäisyys- ja liikelokissa (ks. jakso 8.5).
• Varhaisen ajan yhteissoitto ja siemenet nousevat hitaasta alasrullauksesta korkeassa tensoritehossa sekä valikoivasta jähmettymisestä Tensoritaustassa (TBN) (ks. jaksot 8.3 ja 8.6).

Havainnollistava vertaus
Kuvittele maailmankaikkeus hitaasti rentoutuvaksi merenpinnaksi:

• Rentoutuminen silottaa rypyt ja hienosäätää kokonaisuutta kevyesti (kaksi tensorirödfuorautuman lajia).
• Pinnan kuviot (tensorimaasto) järjestävät aineen kokoontumista ja hajaantumista ja tarjoavat rakenteiden kasvulle ”näkymättömät kiskot” (Tilastollinen tensorigravitaatio).
• Useat havainnot ”lukevat” samaa tensoripotentiaalin karttaa eri näkökulmista.

Uudelleenmuotoilun kolme ydinkohtaa

1. Vähemmän olioita, sama peruskartta

• Ei ”Λ-ainetta” eikä ”kylmän pimeän aineen hiukkasia”.
• Sama tensoripotentiaalin kartta selittää etäisyysmitat, linssauksen, rotaatiokäyrät ja rakenteiden kasvun yksityiskohdat.

2. Etäisyyden ja kasvun irrotus

• Etäisyysnäkö hallitaan kahden tensorirödfuorautuman aikaintegraalilla.
• Kasvunäkö muuttuu maltillisesti Tilastollisen tensorigravitaation vaikutuksesta.
  → Pienet ja ennustettavat erot etäisyys- ja kasvopäätelmissä sallitaan, joten aiemmat jännitteet hellittävät.

3. Jäännösten kuvantaminen, ei peittely

• Suuntakoherentit ja ympäristöä seuraavat pienet poikkeamat eivät joudu ”virheämpäriin”, vaan ne kirjataan saman kartan tensorimaaston pikseleiksi.
• Jos eri datasarjat vaativat kukin oman ”paikkakartan”, Energiasäieteorian yhtenäinen uudelleenmuotoilu ei saa tukea.

Testattavat vihjeet (esimerkkejä)

• Hajonnattomuusvaatimus: rödfuorautuman siirtymät liikkuvat yhdessä optisella, lähi-infrapuna- ja radiokaistalla; selvä väri­riippuvainen ajautuma ei tue evolutiivisen reitin rödfuorautumaa.
• Suosittujen suuntien asettuminen: supernovien Hubble-jäännökset, pienet erot barionisten akustisten oskillaatioden mittapuussa, heikon linssauksen suur­skaalainen konvergenssi ja kosmisen mikroaaltotaustan matalat multipolit näyttävät samansuuntaisia mikrobiasteja.
• Yksi kartta, monta käyttötapaa: sama tensoripotentiaalin kartta vähentää yhtä aikaa (i) kosmisen mikroaaltotaustan ja heikon linssauksen jäännöksiä; (ii) rotaatiokäyrien uloimman levyn vetoa ja heikon linssauksen amplitudia; (iii) vahvan linssauksen aika­viiveitä ja niihin liittyviä rödfuorautuman jäännöksiä.
• Ympäristön seuraaminen: näkökentät, jotka kulkevat rikkaampien superrakenteiden läpi, saavat hieman suuremmat etäisyys- ja linssausjäännökset; pallonpuoliskojen väliset erot ovat alle prosenttiyksikön ja linjassa peruskartan suuntautumisen kanssa.
• Varhainen ”pikakypsyminen”: korkeassa rödfuorautumassa havaittujen tiiviiden, massiivisten galaksien esiintyvyys sopii yhteen hitaan alasrullauksen korkeassa tensoritehossa pääteltyjen amplitudien ja aikataulujen kanssa.

Muutokset, jotka lukija havaitsee

• Ajatustaso: siirtymästä ”pimeät hiukkaset + Λ + avaruuden venyminen” kohti ”yhtä tensoripotentiaalin karttaa + kahta tensorirödfuorautumaa + Tilastollista tensorigravitaatiota”.
• Menetelmätaso: jäännösten tasoittamisen sijaan tensorimaaston rakentaminen jäännöskuvantamisella ja periaatteen ”yksi kartta, monta probea” testaaminen.
• Odotustaso: huomio pieniin, suuntakoherentteihin ja ympäristöriippuviin kuvioihin sekä hajonnattomiin ominaisuuksiin sen sijaan, että kaikki data sidottaisiin vain globaaliparametreilla.

Lyhyitä täsmennyksiä yleisiin väärinkäsityksiin

• Kumoaako Energiasäieteoria standardikosmologian menestyksen? Ei. Energiasäieteoria säilyttää tärkeimmät dataan sopivat ilmiöt, mutta selittää syyt vähemmillä oletuksilla ja yhdellä peruskartalla.
• Onko kyse ”muokatusta gravitaatiosta” tai MOND-tyyppisestä ideasta? Ei, vaan eri asiasta. Lisävetovoima syntyy Tilastollisesta tensorigravitaatiosta, ja ydinkoe on eri probejen yhdenmukaisuus samalla kartalla.
• Ilman metristä laajenemista – saadaanko silti likimääräinen Hubble-laki? Kyllä. Kaksi tensorirödfuorautumaa summautuu matalilla rödfuorautumilla lähes lineaarisesti ja palauttaa tutun riippuvuuden.
• Miten suur­skaalainen rakenne muodostuu ilman kylmän pimeän aineen hiukkasia? Tensorimaasto yhdessä Tilastollisen tensorigravitaation kanssa tarjoaa ”telineet” ja selittää myös rotaatiokäyrien skaalausta sekä linssauskalibraatioita.

Yhteenvetona
Standardikosmologia on edelleen onnistunein nollannen kertaluvun kehys: vähän parametreja, runsaasti selitettyjä havaintoja. Kuitenkin, kun suunta-/ympäristöjäännökset, kasvudiagnostiikka ja pien­skaaladynamiikka tarkastellaan rinnakkain, paikkauksien tarve kasvaa. Energiasäieteoria esittää niukemman ontologian ja yhden tensoripotentiaalin kartan:

• Etäisyysnäkö seuraa tensoripotentiaalin aiheuttamasta rödfuorautumasta ja evolutiivisen reitin rödfuorautumasta.
• Lisävetovoiman kantaa Tilastollinen tensorigravitaatio.
• Kosminen mikroaaltotausta, linssaus, rotaatiokäyrät ja rakenteiden kasvu asettuvat linjaan periaatteen ”yksi kartta, monta probea” mukaisesti.

Siksi ”standardikosmologia kylmällä pimeällä aineella ja kosmologisella vakiolla” siirtyy ”ainoasta selityksestä” ilmiöiden yhteenvedoksi, joka voidaan yhdistää ja muotoilla uudelleen, ja sen koettu ”välttämättömyys” hiipuu luonnostaan.